(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁シールによって互いに分離された二つの金属のハウジング半体部分であって、平坦な底領域とそれに対して平行で平坦なふた領域とを有するハウジングを形成する二つの金属のハウジング半体部分、及び
前記ハウジングの内部に、平たい層として形成されて、少なくとも一つの平たいセパレータを介して互いに結合されている、少なくとも一つの正の電極と少なくとも一つの負の電極とを有する電極・セパレータ複合体、を具備するボタン電池であって、
電極層が、前記平坦な底領域及びふた領域に対して実質的に垂直に方向付けされており、
前記ハウジングは、縁曲げ加工部を形成されることなく閉鎖されており、
前記電極・セパレータ複合体が、螺旋状のロールとして存在し、その端面が、前記平坦な底領域と前記平坦なふた領域の方向を向いており、
該ボタン電池は少なくとも一つのリチウム挿入電極を有する、ボタン電池。
【請求項２】
電極及び／又はセパレータが、帯状又はバンド状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のボタン電池。
【請求項３】
前記ロールが、その中心に軸方向の中空室を有しており、前記中空室がロール芯によって少なくとも部分的に充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載のボタン電池。
【請求項４】
電極・セパレータ複合体が、以下の層順序、すなわち：
負の電極／セパレータ／正の電極／セパレータ、又は
正の電極／セパレータ／負の電極／セパレータ、
を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のボタン電池。
【請求項５】
正の電極及び／又は負の電極が、出力導体を介して、平坦な底領域及び／又は平坦なふた領域の領域内でハウジングと接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のボタン電池。
【請求項６】
ボタン電池が、少なくとも一つの絶縁手段を有しており、前記絶縁手段が、ロールの端面と平坦な底領域及びふた領域との間の直接の機械的及び電気的な接触を阻止することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のボタン電池。
【請求項７】
少なくとも一つの絶縁手段が、ロールの端面と平坦な底領域及びふた領域との間に配置された、プラスチックからなる平たい層であることを特徴とする請求項６に記載のボタン電池。
【請求項８】
ボタン電池が再充電可能であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のボタン電池。
【請求項９】
ボタン電池が、１未満の、高さ／直径の比を有していることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のボタン電池。
【請求項１０】
前記プラスチックからなる平たい層がプラスチックフィルムであることを特徴とする請求項７に記載のボタン電池。
【請求項１１】
ボタン電池が、０．１と０．９の間の、高さ／直径の比を有していることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のボタン電池。
【請求項１２】
ボタン電池が、０．１５と０．７の間の、高さ／直径の比を有していることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のボタン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気絶縁シールによって互いに分離され、かつ平坦な底領域とそれに対して平行で平坦なふた領域とを有するハウジングを形成する二つの金属のハウジング半体部分と、前記ハウジングの内部に、平たい層として形成されて、少なくとも一つの平たいセパレータを介して互いに結合されている、少なくとも一つの正の電極と少なくとも一つの負の電極とを有する、電極・セパレータ複合体を有するボタン電池及びこの種のボタン電池を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボタン電池は、通常、二つのハウジング半体部分である電池カップ及び電池ふたからなるハウジングを有している。これらは、例えばニッケルメッキされた深絞り用金属薄板からプレス絞り部品として製造され得る。通常、電池カップが正の極性を与えられ、ハウジングふたが負の極性を与えられる。ハウジングの内部には、様々な電気化学的システム、例えば亜鉛／二酸化マンガン、一次及び二次のリチウムシステム、又はニッケル／カドミウムあるいはニッケル／金属水酸化物のような二次システムを含むことができる。
【０００３】
例えば、ニッケル金属水酸化物又はリチウムイオンシステムをベースにした再充電可能なボタン電池が極めて普及している。リチウムイオンボタン電池の場合には、ボタン電池ハウジングの内部で電気化学的に活性な材料は、通常はセパレータによって互いに分離されたタブレット形の個別的な電極の形では配置されない。その代わりに、好ましくは、前もって形成された電極・セパレータ複合体がハウジング内へ平に挿入される。その場合にセパレータとして、好ましくは多孔質プラスチックフィルムが用いられ、その上に電極が平面的に積層されるか、あるいは接着される。その場合にセパレータと電極とからなる複合体全体は、通常、最大で数１００μｍの厚さを有する。従って、通常の寸法のボタン電池ハウジングを満たすことができるようにするために、しばしば複数のこの種の複合体が平に重ねて挿入される。このようにして、積み重ね体を組み込むべく提供されるボタン電池ハウジングの寸法にそれぞれ合わせて、原則的に任意の高さの積み重ね体が得られる。すなわち、提供されるハウジング内部空間を最適に利用することが保証される。
【０００４】
もちろん、電極・セパレータ複合体からなるこの種の積み重ね体を有するボタン電池において、構造に起因した様々な問題も生じる。一つには、もちろん、積み重ね体の内部でそれぞれ同一の極性の電極が接続され、その後それぞれボタン電池ハウジングの対応する極に接触させることが必要である。必要とされる電気的接点が材料コストをもたらし、さらに接点によって占められる空間は、もはや活性材料のためには利用されない。さらに、電極積み重ね体の生産は複雑かつ高価である。というのも、複合体を互いに接触させる際に不良が生じやすく、それがスクラップ発生率を高めるからである。他方で、電極とセパレータからなる積み重ね体を有するボタン電池は、極めて急速に密封性を失うことが確認されている。
【０００５】
ボタン電池の液密の閉鎖は、伝統的には、プラスチックリングと組み合わせて、電池ふたの端縁上に電池カップの端縁をのせて縁曲げ加工することによって行われ、前記プラスチックリングは、電池カップと電池ふたの間に配置されて、同時に、シール部材として、及び電池カップと電池ふたを電気的に絶縁するために用いられる。この種のボタン電池は、例えば独国特許公報ＤＥ３１１３３０９号明細書に記載されている。
【０００６】
しかしその代わりに、電池カップと電池ふたが力嵌めによる結合だけで軸方向に一体に保持された、縁曲げ加工されたカップ端縁を持たないボタン電池を製造することも可能である。この種のボタン電池とそれを製造する方法は、まだ公開されていない文書記号１０２００９０１７５１４．８を有するドイツ特許出願に記載されている。しかし、縁曲げ加工なしのこの種のボタン電池が有することができる、様々な利点にもかかわらず、それは、縁曲げ加工されたカップ端縁を有する比較し得るボタン電池よりも、軸方向の負荷をかけることができず、特にそれはボタン電池の内部に生じる軸方向の機械的な負荷に関する。すなわち、例えば、再充電可能なリチウムイオンシステムの電極は、充電及び放電プロセス中に常に体積変化にさらされる。その際に発生する軸方向の力は、縁曲げ加工部を持たないボタン電池においては、もちろん、縁曲げ加工部を有するボタン電池の場合よりも容易に非気密性をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、上述した問題が全くあるいは著しく減少された程度でしか発生しないボタン電池を提供することである。このボタン電池は、特に軸方向に発生する機械的な負荷に対して、従来のボタン電池よりも、特にそれが縁曲げ加工されたカップ端縁を持たないボタン電池として形成される場合でも、従来のボタン電池よりも抵抗力がなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１の特徴を有するボタン電池によって解決される。本発明に係るボタン電池の好ましい実施形態が、従属請求項２から１０において定義されている。請求項１１に記載の方法も本発明に係る課題を解決するのに寄与する。本発明に係る方法の好ましい実施形態が従属請求項１２から１４において定義されている。これをもって請求項全体の文言は参照することによりこの明細書の内容にされる。
【０００９】
本発明に係るボタン電池は、常に二つの金属のハウジング半体部分を有しており、それらは、電気絶縁シールによって互いに分離されており、かつ平坦な底領域とそれに対して平行で平坦なふた領域とを有するハウジングを形成する。二つのハウジング半体部分は、冒頭で既に述べたように、通常、いわゆるハウジングカップとハウジングふたである。ハウジング半体部分として、特にニッケルメッキされた鋼板又は金属薄板からなる部分が好ましい。さらに、金属材料として、特に、例えばニッケル及び鋼（又は特殊鋼）及び銅の順序を有するトリメタル（trimetals）が適している（その場合にニッケル層はボタン電池ハウジングの好ましくは外側層を形成し、銅層が好ましくは内側層を形成する）。
【００１０】
シールとして、例えば射出成形シール又はフィルムシールを使用することができる。後者は例えばＤＥ１９６４７５９３に記載されている。
【００１１】
本発明に係るボタン電池は、ハウジングの内部に、少なくとも一つの正の電極と少なくとも一つの負の電極とを有する電極・セパレータ複合体を備える。前記電極は平たい電極層の形式で存在する。電極は平たいセパレータを介して互いに結合されている。好ましくは、電極は、このセパレータ上に積層されるか、あるいは接着されている。電極とセパレータは、通常、μｍレンジの厚さしか持たない。セパレータとして、通常、多孔質プラスチックフィルムが用いられる。
【００１２】
冒頭で述べたボタン電池とは異なり、本発明に係るボタン電池は、特に、電極層が極めて特殊な配向を有していること、すなわち平坦な底領域及びふた領域に対して実質的に垂直に方向付けされていることを特徴としている。従来技術から知られた、積み重ねられた電極・セパレータ複合体を有するボタン電池は、常に平に挿入されたそれを有しているので、電極層は平坦な底領域及びふた領域に対して実質的に平行に方向付けされているが、本発明に係るボタン電池においては、それとは状況が異なる。
【００１３】
電極層の垂直な方向付けは予想外に著しい利点を有しており、すなわち、この方向付けは、特にリチウムイオンシステムをベースにしたボタン電池において、本発明に基づくボタン電池の密封特性の著しい改善を伴うことが明らかにされた。再充電可能なリチウムイオンシステムの電極は、充電プロセスと放電プロセス中に常に体積変化にさらされる。もちろん、本発明に係るボタン電池の電極においても、この種の体積変化がもたらされることがある。しかし、その場合に生じる機械的な力は、もはや、平に挿入された電極・セパレータ複合体からなる積重ねの場合のように、主として軸方向に作用するのではない。その力は、電極の垂直の方向付けに基づいてむしろ半径方向に作用する。半径方向の力は、軸方向の力よりも、ボタン電池のハウジングによってずっと多く吸収され得る。改良された密封特性はこれに起因すると思われる。
【００１４】
特に好ましくは、本発明に係るボタン電池の電極と平たいセパレータは、それぞれ帯状又はバンド状に形成されている。すなわち、本発明に係るボタン電池を製造するために、例えばエンドレスリボンとして存在するセパレータ材料を基にすることができ、その上に電極が平面的に、特にここでも帯状又は矩形の形で設けられて、特に積層される。
【００１５】
本発明に係るボタン電池のハウジング内で、この複合体は、特に好ましくはロールの形で、特に螺旋状のロールの形で存在する。この種のロールは、既知の方法に従って（例えばＤＥ３６３８７９３を参照）極めて簡単に形成され、特にエンドレスバンドとして存在するセパレータ上に電極が平面的に、特に帯状の形で設けられ、特に積層される。その場合に、電極とセパレータからなる複合体は、通常、いわゆる巻き芯上に巻き付けられる。巻き芯からロールを抜き取った後に、巻き芯の中心に軸方向の中空室が残る。その結果ロールは場合によってはこの中空室の中へ弛緩することがある。しかしこれは、場合によっては、電極が金属のハウジング半体部分と電気的に接触する際に問題をもたらすことがあるが、それについて以下でさらに詳しく説明する。
【００１６】
電極ロールは、本発明に係るボタン電池の内部で、好ましくは、ロールの端面が平坦な底領域と平坦なふた領域の方向を向くように配置されている（従ってロールの電極層は、ハウジングの平坦な底領域とふた領域に対して垂直に方向付けされている）。
【００１７】
本発明によれば、本発明に係るボタン電池は、好ましい実施形態において、ロールの中心に堅固なロール芯を有しており、それがロールの中心の軸方向の中空室を少なくとも部分的に満たしている。この種のロール芯は、電極ロールを半径方向に固定し、ロールが軸方向の中空室内へ場合によっては内部崩壊することを阻止する。ロールがこのように弛むとき、ロールの端面が軸方向に及ぼす圧力、そしてそれに伴って場合によってはそこに配置されている出力導体（これについては後述する）の方向に及ぼす圧力も弱まる。これが阻止される場合には、通常、電極と金属のハウジング半体部分との間の電気的接触に関する問題も生じない。
【００１８】
さらに、この種のロール芯は、外部からの機械的な影響に対して、本発明に係るボタン電池の安定性も向上させる。外部からの軸方向の機械的圧力によってボタン電池内の電極ロールが損傷されることは、通常、もはや不可能である。
【００１９】
螺旋状の電極ロールとしての、電極ロールの好ましい実施形態によれば、ロールの中心の上述した軸方向の中空室は、好ましくは実質的に筒状（好ましくは特に円筒状）に形成される。中空室の外側はロールによって画成され、中空室の端側はボタン電池ハウジングの底領域又はふた領域の対応する面によって画成される。
【００２０】
同様に、本発明に係るボタン電池内に含まれるロール芯も好ましくは円筒として特に中空円筒として形成される。この種の円筒の高さは、好ましくは平坦な底領域と、それに対して平行で平坦なふた領域との間の間隔に相当する。
【００２１】
特に好ましい実施形態において、ロール芯は、半径方向に自己膨張する特性を有し得る。例えばロール芯は、半径方向に圧縮された構造形で、本発明に係るボタン電池のロールの軸方向の中空室内へ導入されることが可能である。半径方向に圧縮されたロール芯が弛緩する際に、このロール芯がそれを包囲する電極ロールに半径方向の圧力を加え、その結果、軸方向における接触圧力も保証する。
【００２２】
半径方向に自己膨張するロール芯として、例えば軸方向にスリットを有する中空円筒を使用することができる。しかしその代わりに、例えばプラスチックベースの半径方向に自己膨張する他の材料も考えられる。
【００２３】
特に好ましくは、ロール芯は、特殊鋼のような金属あるいはプラスチックから構成される。
【００２４】
特に好ましくは、本発明に係るボタン電池内の電極とセパレータからなる複合体は、以下の層順序のいずれかを有している：
負の電極／セパレータ／正の電極／セパレータ；又は
正の電極／セパレータ／負の電極／セパレータ。
【００２５】
この種の複合体は、極めて簡単に製作され、及び逆の極性を有する電極の間の短絡をもたらすことなしに巻き上げられる。
【００２６】
本発明に係るボタン電池内に使用可能なセパレータは、好ましくは、少なくとも一つのプラスチックからなる、特に少なくとも一つのポリオレフィンからなるフィルムである。少なくとも一つのポリオレフィンは例えばポリエチレンである。しかしまた、多層のセパレータ、例えば種々のポリオレフィン層の連続からなる、例えばポリエチレン／ポリプロピレン／ポリエチレンの順序を有するセパレータを使用することも可能である。
【００２７】
上述した順序の複合体を形成するために、必ずしも複数の別々のセパレータを使用する必要はない。むしろ、一つのセパレータを電極の一つのものの端部を回って折り返すこともできるので、結果としてこの電極の両側が一つのセパレータによって覆われる。
【００２８】
本発明に係るボタン電池内に効果的に使用可能なセパレータは、好ましくは３μｍと１００μｍの間、特に１０μｍと５０μｍの間の厚さを有する。
【００２９】
本発明に係るボタン電池の電極は、好ましくは１０μｍと１０００μｍの間、特に３０μｍと５００μｍの間の厚さを有する。
【００３０】
本発明に係るボタン電池の好ましい実施形態において、電極・セパレータ複合体内の負の電極と正の電極は、複合体の内部で互いに対してずれて配置される。ずれて配置するということは、電極が次のように、すなわち本発明に係るボタン電池内で平坦な底領域とふた領域に対して電極のそれぞれ異なる間隔が生じるように配置されることである。最も簡単な場合において、例えば同一幅の帯状片としての正の電極と負の電極が、セパレータリボンの両側においてややずらされて取り付けられるので、上方のセパレータ端縁に対する正の電極の間隔が負の電極から測定された同様の間隔よりも大きい。もちろん、下方のセパレータ端縁に対する間隔に関しては逆が成り立つ。
【００３１】
特に好ましい実施形態において、好ましくは、このずれた配置の結果として、正の電極、特に正の電極の端縁が、直接カップ部分に、特にカップ部分の平坦な底領域内で接触し、負の電極、特に負の電極の端縁が、直接ふた部分に、特にふた部分の平坦なふた領域内で接触する。この実施形態において、電極とカップ部分又はふた部分の間に直接の電気的及び機械的な接触が存在する。従って電極を互いに対してずらして配置することが、電極とそれぞれのハウジング部分との接触を可能にし、付加的な電気的接触及び接続手段を使用する必要はない。
【００３２】
代替的な好ましい実施形態において、もちろん、電極の少なくとも一つ、好ましくは本発明に係るボタン電池内の少なくとも一つの負の電極も少なくとも一つの正の電極も、一つ又は複数の出力導体を介して平坦な底領域及びふた領域と接続されていることが好ましい場合もある。出力導体は、例えば銅又は他の適切な金属からなる出力導体ラグとすることができる。電極側において、出力導体は、例えば電流コレクタに接続することができる。ハウジング及び／又は電流コレクタへの出力導体の接続は、例えば溶接により、あるいはクランプ結合により行うことができる。
【００３３】
最も簡単な場合には、正と負の電極自体の電流コレクタも出力導体として機能することができる。この種のコレクタは、通常、それぞれの電極材料内に埋め込まれた金属の箔又は網である。この種のコレクタの覆われていない部分領域、特に終端片は折り曲げられてボタン電池ハウジングと接触させることができる。
【００３４】
出力導体の使用は、特に、複合体の内部で負の電極と正の電極が互いに対して次のように、すなわち電極にとって、平坦な底領域とふた領域に対してそれぞれ等しい間隔が生じるように配置されている場合に好ましいことがある。あるいは他の表現では、電極・セパレータ複合体の内部で電極が、上述したように互いに対してずれて配置されていない場合に好ましいことがある。
【００３５】
もちろん、逆の極性の電極が平坦な底領域とふた領域に対して等しく離れている場合には、正と負の電極が同時に金属のカップ部分又はふた部分と接触するので短絡が生じる危険が存在する。従って、好ましい実施形態において、本発明に係るボタン電池は、少なくとも一つの絶縁手段を有することができ、その絶縁手段が、ロールの端面と平坦な底領域及びふた領域との直接の機械的及び電気的接触を阻止する。
【００３６】
一つの展開において、この種の本発明に係るボタン電池内の電極が、既に述べた別体の出力導体を介して平坦な底領域及びふた領域と接続されていると好適である。これが、電極とハウジングとの間の電気的接触を保証する。
【００３７】
その場合に、ハウジングの底領域又はふた領域内で、一つ又は複数の出力導体の少なくとも一部分が、ハウジング半体部分の内側に平に接触していると好適である。もちろん、出力導体とハウジングの内側との電気的接触は、出力導体がハウジングに少なくとも軽く押圧される場合に（それが初めから溶接されていない場合）理想的である。これは、本発明に係るボタン電池内に上述したロール芯を適切に配置することによって、驚くほど効果的に達成され得る。
【００３８】
絶縁材料は、ロールの端面と本発明に係るボタン電池のハウジングの平坦な底領域及びふた領域との間に配置された、例えばプラスチックからなる平たい層、例えばプラスチックフィルムとすることができる。
【００３９】
上の記載に対応する本発明に係るボタン電池は特に再充電可能なボタン電池である。特に好ましくは、本発明に係るボタン電池は、少なくとも一つのリチウム挿入電極を有している。
【００４０】
ボタン電池において、直径に対する高さの比は、本質的に１より小さい。好ましくはこの比は、本発明に係るボタン電池において、０．１と０．９の間、特に０．１５と０．７の間にある。その場合に高さとは、平坦な底領域とそれに対して平行で平坦なふた領域との間の間隔である。直径は、ボタン電池の外側面領域上の二つの点の最大の距離である。
【００４１】
特に好ましくは、本発明に係るボタン電池は、冒頭で既に述べた、文書記号１０２００９０１７５１４．８を有する特許出願に記載されているような縁曲げ加工部を持たないボタン電池である。従ってハウジング半体部分の間に、好ましくは力嵌めによる結合のみが存在する。従って本発明に係るボタン電池は、従来技術から知られているボタン電池において常にそうであるような縁曲げ加工されたカップ端縁を持たない。ボタン電池は、縁曲げ加工部なしで閉鎖されている。
【００４２】
通常、この種の縁曲げ加工部なしのボタン電池のために、通常の電池カップと電池ふたが利用され、それらは、それぞれ底領域又はふた領域、及び外側面領域、及び底領域又はふた領域と外側面領域との間に配置された端縁領域、及び切断端縁を有している。電池カップと電池ふたが一緒になってハウジングを形成し、そのハウジングが、電極、セパレータなどのような、ボタン電池の通常の内部構成要素のための収容部を形成している。通常のように、このハウジング内で、電池カップの底領域と電池ふたのふた領域が、互いに対して実質的に平行に方向付けされている。できあがったボタン電池内における電池カップと電池ふたの外側面領域は、底領域又はふた領域に対して実質的に垂直に方向付けされており、好ましくは、実質的に円筒状の幾何学形状を有している。好ましくは、電池カップと電池ふたの内径と外径は外側面領域内で実質的に一定である。電池カップと電池ふたの上述した端縁領域は、外側面領域とふた領域との間、又は外側面領域と底領域との間の移行部を形成している。従ってそれらは、一方で、実質的に平坦に形成された底領域とふた領域によって画成され、他方では、それらに対して垂直に配置された、実質的に円筒形状の外側面領域によって画成される。端縁領域は、例えばシャープなエッジとして、あるいは面取りして形成することもできる。
【００４３】
縁曲げ加工部のないボタン電池を製造するために、通常、少なくとも一つのシールが、電池ふたの外側面領域上に取り付けられる。その後、他のステップにおいて、取り付けられたシールを有するふたが、電池カップ内へ挿入されるので、電池カップと電池ふたの外側面領域が重なる領域が生じる。その場合に、重なり領域の大きさ、又は重ならない領域に対する重なり領域の比は、電池カップの外側面領域と電池ふたの外側面領域のそれぞれの高さによって、かつ挿入の深さによって定められる。電池ふたの外側面領域に関して、２０％と９９％の間、特に３０％と９９％の間、特に好ましくは５０％と９９％の間が、電池カップの外側面領域と重なると効果的である（パーセント数は、それぞれ外側面又は外側面領域の高さに関する）。挿入する前に、ハウジングカップ内及び／又はハウジングふた内へ、ボタン電池のその他の通常の構成部分（電極、セパレータ、電解質など）を挿入することができる。電池ふたを電池カップ内へ完全に挿入した後に、ハウジングを密閉するために、電池カップの外側面領域上に、特に切断端縁の領域内で、圧力が加えられる。この場合に、共に接合されたハウジング部分は、軸方向にはできるだけ荷重を受けないようにすべきであり、又は非常に小さな荷重だけを受けるようにすべきである。従って圧力は特に半径方向に印加される。すなわち、既に説明したハウジングのシールを別にして、電池ハウジングの外径も補正され得る。
【００４４】
特に重要なことは、電池カップと電池ふたの外側面領域の高さが次のように、すなわち電池カップの切断端縁が、電池カップの外側面領域に加わる圧力によって、電池ふたの外側面領域に対して押圧されるように、互いに調整されていることである。従って、外側面領域の高さは、好ましくは、電池カップ内へ完全に挿入された電池ふたの端縁領域を越えて、電池カップの切断端縁を内側へ折り曲げることが不可能なように選択されている。従って電池ふたの端縁領域上に電池カップの切断端縁を縁曲げ加工することは行われない。その結果、本発明に係る方法に従って形成されたボタン電池の電池カップは、切断端縁の方向に実質的に一定の半径を有する外側面領域を有している。
【００４５】
この種の方法に従って形成されたボタン電池において、ハウジング構成要素である電池カップと電池ふたとシールとの間に、好ましくは力嵌めのみによる結合が存在する。
【００４６】
従って構成要素を共に保持することは、好ましくは、実質的に固着力のみによって保証される。
【００４７】
特に好ましくは、少なくともその内径が切断端縁の方向に増加するようにその外側面の少なくとも部分領域内で円錐状に形成された電池カップが、縁曲げ加工部のないボタン電池を製造するために使用される。それによって、電池カップ内への電池ふたの挿入が、著しく容易になる。電池カップと電池ふたの寸法は、好ましくは、ふたがカップ内へほぼ完全に挿入された場合に初めて、比較的大きい反力が生じるように、互いに対して調整される。その場合に好ましくは、円錐角度は、１０分と３°の間、特に３０分と１°３０分の間にある。
【００４８】
取り付けられたシールと共に電池カップ内へ挿入される電池ふたは、好ましい実施形態においては、外側面領域の少なくとも一部において、円筒状に形成されている。これは、場合によっては特に、電池ふたを電池カップ内へ挿入した後に上述の円錐状に形成された、電池カップ外側面の部分領域と重なる外側面領域の部分に関する。特に好ましくは、電池ふたの外側面及び従って外側面領域も全体として円筒状に形成される。従って好ましくは、電池ふたは外側面領域内で一定の外径を有している。これは、場合によっては特に、電池ふたが挿入された後に、電池カップの外側面領域の円錐状に形成された部分と重なる部分に関する。
【００４９】
円筒状の外側面領域を有する電池ふたを、上述したように、その外側面の少なくとも部分領域において円錐状に形成された電池カップ内へ挿入する際に、通常、電池カップと電池ふたの間に、上方へ向かって開放した間隙が生じる。この間隙は、通常、電池カップの外側面領域に加わる圧力によって再び除去される。すなわち電池カップの外側面領域へ加わる圧力は次のように、すなわち電池カップの外側面領域の円錐状に形成された部分が、電池カップの内側と電池ふたの外側が重なる領域内で互いに対して実質的に均一に離間するまで、内側へ向かって押圧されるように選択される。それによってもたらされるボタン電池は、特に重なり合う領域において、互いに対して平行に方向付けされた、外側面領域を有している。
【００５０】
その場合に重要な視点は、電池カップを電池ふたと結合するシールの選択である。好ましくは、シールは熱可塑性物質からなるプラスチックシールである。
【００５１】
特に好ましくは、プラスチックシールは、例えば既に挙げたＤＥ１９６４７５９３に記載されているような、フィルムシールであり、特に熱可塑性物質からなるフィルムシールである。
【００５２】
フィルムシールは、極めて均一な厚さで形成することができる。電池カップの外側面領域上へ適切な圧力を加える場合に、しまり嵌めが生じ、そのしまり嵌めによって、形成されたボタン電池は極めて優れた密封特性を有する。すなわち、特にフィルムシールの使用が、電池カップの端縁の縁曲げ加工を省くことを可能にし、対抗策としてその他の重要な特性における欠点を受け入れる必要はない。
【００５３】
ここで、ポリアミドベースの、あるいはポリエーテルエーテルケトンベースのプラスチックシール、特にプラスチックフィルムが使用されることが特に好ましい。
【００５４】
好ましくは、縁曲げ加工部なしの電池のシールは、５０μｍと２５０μｍの間、特に好ましくは７０μｍと１５０μｍの間、特に約１００μｍの初期厚さを有する。その場合に「初期厚さ」という概念は、シールが電池ふたの外側面上に取り付けられる前に有している厚さである。それとは逆に「最終厚さ」という概念は、できあがった電池内のシールの厚さである。これが、少なくとも重なり合った領域内で、通常、電池カップの内側と電池ふたの外側との間の間隔に相当することは明らかである。
【００５５】
電池カップと電池ふたとの間に十分に高い摩擦が生じることを可能にするために、カップとふたの外径も内径も、互いに対して、及びフィルムシールの厚さに対して適合されるべきである。そのような場合にのみ、二つの別個の部分をまとめる十分に高いプレス圧が生じることが可能である。その場合に使用される部分について、好ましくは、電池カップ内へ挿入される電池ふたの切断端縁における外径と、電池カップの外側面領域の、電池ふたの外側面領域と重なり合う部分における最小の内径との間の差が、使用されるシールの初期厚さよりも小さいことが必要である。特に好ましくは、この差は、初期厚さの１０％と９０％の間、特に３０％と７０％の間、特に好ましくは約５０％である。
【００５６】
電池ふたを電池カップ内へ挿入した後に、電池カップの外側面領域の一部は、半径方向内側へ絞り込むことができる。その場合に特にその部分は、外側面領域の、電池ふたの外側面領域とは重なり合わない部分である。
【００５７】
この半径方向の絞り込みによって、密封特性の著しい改善が得られることが明らかにされた。カップ外側面を絞り込むことによって、ハウジングカップの内壁に接触する端縁部分へ、又はハウジングふたとハウジングカップとの間に配置されたシールへ、半径方向の圧力が加わり、その結果シールがこの領域内で圧縮される。
【００５８】
前記絞り込みは、既に述べた電池カップの外側面領域上に圧力を加えるのと同時に行うことができるが、好ましくは、絞り込みは後の別のステップにおいて行われる。
【００５９】
本発明に係るボタン電池を製造する方法は、特に、上述したようなボタン電池、すなわち平坦な底領域とそれに対して平行で平坦なふた領域とを備えたハウジングを有するボタン電池を製造するために用いることができる。この方法は、縁曲げ加工部のないボタン電池を製造するのにも、縁曲げ加工部を有するボタン電池を製造するのにも適している。
【００６０】
従って、本発明に係る方法において使用される個々の構成要素（ハウジング部分とハウジング寸法、電極、セパレータなど）の好ましい実施形態に関して、上述した形態と説明を全範囲において参照することができ、かつ参照するよう指示することができる。
【００６１】
ハウジングは、通常、金属のカップ部分（ハウジングカップ）と金属のふた部分（ハウジングふた）とから組み立てられ、その場合に平たい層として形成された電極を有する電極・セパレータ複合体が、ハウジング内へ次のように、すなわち電極が平坦な底領域とふた領域に対して垂直に方向付けされるように挿入される。
【００６２】
既に述べたように電極・セパレータ複合体は、好ましくは、ロールの形態で、特に螺旋状のロールとして組み込まれる。
【００６３】
通常、本発明に係る方法は、以下の段階、すなわち：
ロールを金属のふた部分内へ挿入する段階、及び
ロールを有する金属のふた部分を金属のカップ部分内へ挿入する段階、を常に有する。
【００６４】
その後、任意選択的に、カップ部分の端縁をふた部分の端縁上に縁曲げ加工することが行われる。
【００６５】
縁曲げ加工部のないボタン電池が形成される限りにおいて、上で説明した同様のステップが実施される。
【００６６】
ハウジングを閉鎖する前に、電極は、通常さらに、電解質溶液を含浸される。
【００６７】
ロールは、挿入する際に、好ましくは巻き芯上に巻き付けられる。その場合に、巻き芯は、挿入後に、あるいは挿入する際に、除去することができる。場合によってはその後、前述したロール芯が挿入される。その代わりに、電極・セパレータ複合体は、直接この種のコア上に巻回されることもできる。
【００６８】
特に好ましくは、螺旋状のロールは組込み前にその端面を熱処理される。その場合にロールは、少なくとも短期間、ロール内のセパレータが熱可塑的に変形可能である温度にさらされる。電極が互いに対して上で説明したようにずれて配置されていることを前提としても、通常、セパレータはロールの端面において少し突出している。熱処理によってセパレータは幾分収縮され、それによって、場合によっては特に隣接する電極の端縁を露出させることができるので、その端縁が直接ボタン電池ハウジングに接触することができる。
【００６９】
本発明の上述した利点と他の利点が、下位請求項と組み合わされて以下の図面の説明から明らかにされる。その場合に本発明の個々の特徴は、それ自体単独でも、互いに組み合わされても実現することができる。上述した実施形態は、単に本発明を説明しかつより良く理解させるために用いられるものであって、決して限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係るボタン電池の好ましい実施形態の概略的な横断面図である。
【図２】本発明に係る方法の好ましい実施形態において使用される、巻き上げられた電極・セパレータ複合体の熱処理の効果を示す図である。
【図３】本発明に係るボタン電池内に組み込むことができる、ロールの形態の電極・セパレータ複合体を示す図である。
【図４】本発明に係るボタン電池の他の好ましい実施形態を示す断面図である。
【図５】電池カップの端縁が電池ふたの端縁の上に縁曲げ加工されていない、本発明に係るボタン電池の好ましい実施形態を概略的に示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
図１は、本発明に係るボタン電池１００の好ましい実施形態の横断面を概略的に示している。これは、金属のカップ部分１０１と金属のふた部分１０２を有している。両方の部分はシール１０９によって互いに密封結合されている。それらは一緒になって、平坦な底領域１０３とそれに対して平行で平坦なふた領域１０４とを有するハウジングを形成している。使用状態において、これら平坦な領域１０３と１０４は、ボタン電池の極を形成し、その極から負荷による電流の取出しを行うことができる。電池カップ１０１の端縁１１０は、電池ふた１０２の端縁を越えて内側へ向かって縁曲げ加工されている。
【００７２】
電極の内部に、帯状の電極１０５、帯状の電極１０６、及び帯状のセパレータ１０７からなる複合体が配置されている。その場合に、電極１０５と１０６及びセパレータ１０７からなる複合体はロールの形態で存在し、そのロールの端面が、平坦な底領域１０３とそれに対して平行で平坦なふた領域１０４に当接している。前記複合体は、ボタン電池１００の中心のコア１０８上に巻き上げられている。コア１０８も、その回りに巻き付けられた電極とセパレータも、平坦な底領域１０４とふた領域１０３に対して垂直に方向付けされている。電極の体積が、充電プロセス又は放電プロセス中に増大あるいは減少する限りにおいて、その際にもたらされる機械的な力は、主として半径方向に作用し、ボタン電池１００の外側面領域によって吸収され得る。
【００７３】
強調すべきことは、正の電極１０５と負の電極１０６が、それぞれボタン電池１００のカップ部分１０１又はふた部分１０２に直接に接触していることである。電極をふた部分１０２及びカップ部分１０１に接続するための別体の出力導体は不要である。
【００７４】
図２は、本発明に係るボタン電池を製造する方法の好ましい実施形態において設けられる電極・セパレータロール２００の熱処理の効果を示している。正の電極２０１（横縞のバー）、負の電極２０２（白いバー）及びセパレータ２０３（一断面）の複合体からなるロール２００が概略的に示されている。正の電極２０１と負の電極２０２は、それぞれ互いに対してずれて配置されている。セパレータ２０３は、熱可塑的に変形可能な材料から作られている。
【００７５】
ロール２００の端面２０４と２０５に位置するセパレータ端縁を高い温度（例えば、図示のように２５０℃）にさらすとこのセパレータ端縁が収縮する。セパレータは、隣接し合う電極の間で、少なくとも部分的に引っ込む。その場合に端面２０４において、負の電極２０２の端縁が露出される一方で、正の電極２０１の端縁は覆われる。端面２０５においては、正の電極２０１の端縁が露出され、負の電極２０２の端縁は覆われる。
【００７６】
このように処理されたロールを使用する場合に、同一の極性の電極は、それぞれハウジングカップのみに、あるいはハウジングふたのみに直接に接触できることが保証される。電極とハウジング部分との間の別体の電気的接続は不要である。
【００７７】
図３は、ロール３００の形態の本発明に係るボタン電池のための電極・セパレータ複合体を示しており、その場合に表示Ａにおいて、ロール３００の端面の一つ３０１が垂直上方から平面図で示されており、表示Ｂにおいては、ロール３００が上から斜めに見た図で示されている。両方の場合において、複合体が二つのセパレータ３０２と３０３の層及び二つの電極層３０４と３０５（正と負の電極）を有していることが示される。複合体は、螺旋状に巻き上げられており、その外側において接着テープ３０６によってまとめられている。
【００７８】
図４は、本発明に係るボタン電池４００の好ましい実施形態を断面表示で示している。ボタン電池のハウジングが、カップ部分４０１とふた部分４０２からなり、それらの間にシール４０３が配置されていることが示される。ハウジングの内部に、図３に示されるような、電極とセパレータからなる複合体が、螺旋状のロール４０４（概略的に断面で示す）として含まれている。ここでも、セパレータ４０５とセパレータ４０６及び逆の極性を有する電極４０７と電極４０８が良好に示される。その場合に電極４０７は、出力導体４１０を介してふた部分４０２と接続される一方で、電極４０８は出力導体４０９を介してカップ部分４０２と接続されている。出力導体４１０は、好ましくは、ふた部分４０２と溶接されている。それに対して出力導体４０９は、クランプ結合によってカップ部分４０２と接続されている（この出力導体は、電池ふたの端縁がその上に載置される支持リング４１３と電池カップの底との間に挟持されている）。ロールの端面とカップ部分４０１及びふた部分４０２との間に絶縁手段４１１、４１２が配置されており、その絶縁手段は、それぞれ薄いプラスチックの円板である。これによって、逆の極性を有する電極が同時にカップ部分４０１又はふた部分４０２と接触することが防止される。それによって短絡が回避される。
【００７９】
図５は、本発明に係るボタン電池５００の好ましい実施形態の横断面を概略的に示している。
【００８０】
これは、金属のカップ部分５０１と金属のふた部分５０２を有している。両方の前記部分は、シール５１０によって互いに密封結合されている。それらは一緒になって、平坦な底領域５０３とそれに対して平行で平坦なふた領域５０４とを備えたハウジングを形成している。使用状態において、この平坦な領域５０３と５０４は、ボタン電池の極を形成し、その極から負荷による電流取出しを行うことができる。
【００８１】
電池ふた５０２が、電池カップ５０１内へ挿入されているので、電池ふたと電池カップの外側面領域が重なり合い、その場合に重なり合う領域内の電池カップ５０１の内径は、切断端縁の方向に実質的に一定である。従って、電池カップ５０１の端縁は、電池ふた５０２の端縁５１１の上に縁曲げ加工されておらず、従ってここで説明する、本発明に係るボタン電池５００の好ましい実施形態は縁曲げ加工部のないボタン電池である。
【００８２】
帯状の電極５０８、帯状の電極５０９、及び帯状のセパレータ５０７からなる複合体が電極の内部に配置されている。その場合に、電極５０８と５０９及びセパレータ５０７からなる複合体はロールの形態で存在し、その端面は平坦な底領域５０３とそれに対して平行で平坦なふた領域５０４の方向を向いている。ボタン電池５００の中心のロール芯５１２上に複合体が巻き上げられている。コア５１２も、その回りに巻き付けられた電極とセパレータも、平坦な底領域５０３とふた領域５０４に対して垂直に方向付けされている。充電プロセス又は放電プロセス中に電極の体積が増大あるいは減少する限りにおいて、その場合にもたらされる機械的な力は、主として半径方向に作用してボタン電池５００の外側面領域によって吸収され得る。
【００８３】
正と負の電極は、出力導体５０５と出力導体５０６を介してハウジング半体部分であるカップ及びふたと接触している。出力導体５０５は、アルミニウムから作られ、出力導体５０６はニッケルから（あるいは代替的に銅から）作られる。二つの出力導体は、ロールの端面と平坦なふた領域５０４又はカップ領域５０３の間に平に横たわる薄い箔である。ロール芯５１２によって、出力導体への恒常的な軽い接触圧力が維持される。出力導体は、別体の絶縁部材（図面には示されていない）、例えば薄いフィルムによってロールの端面から好適に分離されている。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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